四川某低品位难选铜镍硫化矿石选矿试验研究

雷 力，曹 欣*，徐建伟，赵华伦，王恒峰，李 玺

(1.四川省冶金地质勘查院； 2.四川西冶检测科技有限公司)

铜镍分离技术根据矿石性质通常有2种方案：一是铜镍矿物粒度较粗且相互嵌布关系不紧密的矿石，采用直接浮选得到铜镍混合精矿，再浮选分离获得单一的铜精矿和镍精矿产品；二是铜镍矿物粒度细且相互嵌布关系十分紧密的矿石，浮选得到铜镍混合精矿后直接经转炉熔炼成高冰镍，再经磨浮后得到Ni2S3和Cu2S精矿，最后电解得到最终产品[1-2]。四川某铜镍硫化矿石铜品位为0.22 %、镍品位为0.47 %，铜品位低于镍品位，且矿石中单一硫化矿物和集合体硫化矿物工艺粒度存在差异：单一的黄铜矿、镍黄铁矿、磁黄铁矿的工艺粒度很细，主要集中在-0.02 mm粒级，而它们的集合体中+0.074 mm粒级占91.83 %。由此可知，该矿石为低品位难选铜镍硫化矿石，要获得单一铜精矿、镍精矿，必须超细磨方可使其单体解离，而要获得铜镍混合精矿则粗磨即可[3]。因此，为了最大限度地提高矿产综合利用率，本研究采用直接浮选获得铜镍混合精矿的方案，为该低品位难选铜镍硫化矿开发利用提供技术支撑。

1 矿石性质

1.1 化学成分及矿物组成

四川某低品位难选铜镍硫化矿石中铜品位为0.22 %、镍品位为0.47 %、MgO品位为26.48 %。矿石中金属矿物有黄铜矿、镍黄铁矿、磁黄铁矿、紫硫镍矿、黄铁矿、磁铁矿等；脉石矿物有绿泥石、滑石、铁蛇纹石、透闪石、白云母、白云石、方解石等。原矿X射线粉末衍射测试结果表明，原矿中绿泥石相对含量为33.9 %、滑石相对含量为25.4 %、铁蛇纹石相对含量为12.5 %。显然，该矿石属于低品位难选铜镍硫化矿石[4]。矿石分析测试结果见表1～4。

表1 原矿化学成分分析结果

表2 铜物相分析结果

表3 镍物相分析结果

1.2 矿石结构构造及主要矿物嵌布特征

矿石结构主要有他形晶结构、交代残余纤状变晶结构、细粒变晶结构、纤维变晶结构等。矿石构造主要有稀疏浸染状构造、稀疏—星散浸染状构造等。

表4 原矿矿物组成分析结果

金属矿物：①黄铜矿。条粒状、不规则状，粒径大多≤0.01 mm，常分布于磁黄铁矿附近或共边镶嵌，偶见包裹磁黄铁矿。②镍黄铁矿。浅黄色，均质性，中硬度，不规则状、粒状、条状，粒径大多≤0.01 mm，常与磁黄铁矿共边镶嵌。③磁黄铁矿。不规则状、粒状、线条状，局部网状聚晶。粒径大多≤0.01 mm。④磁铁矿。半自形—他形粒状、板条状、不规则状，粒径0.01～0.25 mm，零星网状聚集与硫化物规则或不规则镶嵌。

脉石矿物：①蛇纹石。粒片状、纤维状，粒片状半径≤0.01 mm，纤维状半径0.1～0.5 mm，可见不一致消光。②角闪石。纤柱状，长径0.21～1.5 mm，可见被铁蛇纹石、绿泥石、碳酸盐矿物交代呈不规则状。③碳酸盐矿物。主要为粒状、不规则状白云石，分布不均匀，交代角闪石、铁蛇纹石，粒径0.1～0.4 mm。④绿泥石。板片状，片径0.15～0.4 mm。

1.3 主要矿物工艺粒度

该矿石中主要单一矿物和硫化矿物团粒嵌布粒度分析结果分别见表5～8。

表5 镍黄铁矿嵌布粒度

表6 黄铜矿嵌布粒度

表7 磁黄铁矿嵌布粒度

表8 硫化矿物团粒嵌布粒度

2 试验结果与讨论

2.1 选矿方案

该矿石中铜、镍矿物嵌布关系复杂，铜主要以黄铜矿形式呈单体或与磁黄铁矿连晶产出；镍主要以镍黄铁矿形式产出，且多在其他金属矿物周边形成连晶状[5-6]。单一的镍黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿嵌布粒度小于0.02 mm粒级分别占96.33 %、90.39 %、80.13 %，其嵌布粒度都很细微；而硫化矿物团粒集合体中0.074 mm以上粒级占91.83 %，-0.074 mm粒级占8 %～9 %。根据单一矿物和硫化矿物团粒嵌布粒度的特性，要获得单一铜精矿、镍精矿，必须超细磨方可使其单体解离，且铜镍极难实现有效分离，而获得铜镍混合精矿只需粗磨即可[7]。因此，本研究主要进行了直接浮选获得铜镍混合精矿试验，考察了磨矿细度、抑制剂、调整剂等工艺参数。

2.2 浮选条件试验

2.2.1 磨矿细度

条件试验采用一次粗选工艺流程，抑制剂CMC用量900 g/t，调整剂草酸用量500 g/t，活化剂硫酸铜用量100 g/t，捕收剂采用丁基黄药+丁铵黑药组合药剂，用量为80 g/t+40 g/t，起泡剂松醇油40 g/t。在磨矿细度-74 μm分别占60 %、65 %、70 %、75 %、80 %的条件下进行试验，结果见图1。从图1可以看出：随着磨矿细度的提高，铜、镍品位略下降后趋于平稳；铜、镍回收率呈上升趋势，在磨矿细度-74 μm 达到70 %后趋于平稳。综合考虑，磨矿细度选择-74 μm占70 %较为合适。

图1 磨矿细度试验结果

2.2.2 抑制剂种类及用量

在磨矿细度试验基础上，固定磨矿细度-74 μm占70 %，进行了抑制剂CMC及古尔胶用量对比试验。一般而言，选择加入CMC会增强对脉石矿物的抑制效果，使进入粗精矿的脉石矿物量减少。而原矿中滑石含量较高，适宜的抑制剂对铜镍的浮选尤为重要，为此，选择抑制剂古尔胶进行对比试验，结果见图2。

图2 抑制剂种类及用量试验结果

由图2可知：古尔胶用量越少，尾矿中铜、镍品位越低，但丢弃的尾矿量也更小；增大古尔胶用量可较好地抑制脉石矿物，可铜、镍也随之损失，显然，古尔胶的选择性抑制效果较CMC差，与CMC相比没有明显优势，且价格较贵；抑制剂CMC对脉石矿物抑制效果良好，但过量的CMC在抑制脉石矿物的同时，对铜、镍矿物也有抑制作用。因此，选择CMC进行后续试验，适宜的CMC粗选用量为900 g/t，过多则会引起铜、镍的损失。

2.2.3 调整剂草酸用量

在铜、镍矿物的浮选中草酸具有双重性，一是对铜、镍矿物有活化作用，二是对脉石矿物有抑制作用。草酸用量试验是在抑制剂种类与用量试验基础上，固定CMC粗选用量为900 g/t进行的，试验结果见图3。由图3可知：随着草酸用量的增加，铜镍混合精矿的产率减小，回收率呈逐渐提高趋势。但是，草酸用量达到1 000 g/t后，回收率略有下降；再增大草酸用量，仅对脉石矿物略有抑制，铜、镍浮选指标变化不大。试验结果也验证了草酸不仅对铜、镍矿物有活化作用，同时对脉石矿物有抑制作用。

图3 调整剂草酸用量试验结果

2.2.4 活化剂种类及用量

在调整剂草酸用量试验基础上，选择硫酸铵、硫酸铜及硫酸铵+硫酸铜组合作为活化剂进行浮选试验，考察其对铜、镍矿物的活化效果，结果见图4。

图4 活化剂种类及用量试验结果

由图4可知：硫酸铵对铜、镍矿物的活化效果不明显，即使在用量4 000 g/t时，尾矿中铜品位仍为0.088 %、镍品位为0.251 %；单独采用硫酸铜作为活化剂，铜镍混合精矿产率较小，富集比较高，在用量为100 g/t时，可以获得较好指标；硫酸铵+硫酸铜组合作为活化剂的效果与单独使用硫酸铜相比，尾矿指标差别不大，但混合精矿产率较大，更多脉石矿物进入铜镍混合精矿，可见硫酸铵辅助活化的效果不明显。故后续试验选择使用硫酸铜活化铜、镍矿物，粗选用量为100 g/t。

2.2.5 捕收剂用量

捕收剂选择常用的丁基黄药+丁铵黑药组合药剂，选用不同质量比进行对比试验，其质量比分别为1 ∶1，2 ∶1，3 ∶1，总量为120 g/t。在确定了丁基黄药+丁铵黑药组合药剂质量比2 ∶1后，进行了总用量试验，结果见图5。由图5可知：在丁基黄药+丁铵黑药用量为(80+40)g/t时，浮选指标较好；再继续增加丁基黄药+丁铵黑药用量，铜镍混合精矿产率明显增大，回收率变化不明显。

图5 捕收剂丁基黄药+丁铵黑药质量比及用量试验结果

2.3 开路试验

在磨矿细度-74 μm占70 %，抑制剂CMC用量900 g/t，调整剂草酸用量1 000 g/t，活化剂硫酸铜用量100 g/t，捕收剂丁基黄药+丁铵黑药用量为(80+40)g/t，起泡剂松醇油用量40 g/t条件下，进行开路试验，试验流程见图6，试验结果见表9。由表9可知，开路试验可获得产率5.15 %、铜品位3.40 %、镍品位6.01 %、铜回收率76.56 %、镍回收率64.76 %的铜镍混合精矿，MgO品位为9.84 %。

图6 开路试验流程

表9 开路试验结果

2.4 闭路试验

在开路试验基础上，按中矿依次顺序返回的原则开展实验室小型闭路试验，试验流程见图7，试验结果见表10。由表10可知：闭路试验获得了产率5.88 %、铜品位3.31 %、镍品位5.92 %、铜回收率86.60 %、镍回收率73.84 %的铜镍混合精矿，MgO品位为10.58 %，产品符合要求。

图7 闭路试验流程

表10 闭路试验结果

3 结 论

1)四川某低品位难选铜镍硫化矿石中单一的黄铜矿、镍黄铁矿、磁黄铁矿的工艺粒度主要集中在-0.02 mm 粒级，而它们的集合体中+0.074 mm粒级占91.83 %，且矿石中滑石、铁蛇纹石、绿泥石含量较高，对镍的浮选和最终指标有严重影响。

2)在磨矿细度-74 μm占70 %时，浮选采用抑制剂CMC，调整剂草酸，活化剂硫酸铜，捕收剂丁基黄药+丁铵黑药组合药剂，起泡剂松醇油，精选时加入CMC抑制脉石矿物，精选一加入捕收剂丁基黄药+丁铵黑药，按一次粗选、两次扫选、三次精选、中矿依次顺序返回的原则开展实验室小型闭路试验，可获得铜品位3.31 %、镍品位5.92 %、铜回收率86.60 %、镍回收率73.84 %的铜镍混合精矿，MgO品位为10.58 %，产品符合要求。

3)浮选采用常规药剂，工艺流程简单，铜镍混合精矿可作为冶炼高冰镍的原料进行销售。研究结果可为低品位难选铜镍硫化矿回收提供依据。